CN104838121B - 通过相电流和汽车管线处的初始调整进行压力控制 - Google Patents

Abstract

一种燃料泵的闭环控制系统，基于速度、压力和电流特征。所述泵系统产生的压力在以下时间点增加：当所述泵系统抵抗空车系统而工作（即，惰行）至校准阀开启至确定的工作点的水平时。通过测量作为速度的函数的特征相电流，所述特征能够与硬件的预校准值比较，以执行误差补偿算法。误差补偿被作为速度和相电流的函数的标准压力特征覆盖，且使用校准阀的预校准开启压力值（即，拐点），和/或除此之外的速度对初始值（第一校准）或由其得到的滑动平均值的改变。

Description

通过相电流和汽车管线处的初始调整进行压力控制

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年10月12日申请的美国临时申请No. 61/713,183的权益。以上申请的公开内容通过引用合并在本文中。

技术领域

本发明一般涉及燃料泵的闭环控制系统，所述燃料泵还包括校准功能。

背景技术

燃料泵通常用于将燃料传输到发动机的喷射系统。通常燃料泵由一种马达驱动，例如电动马达。燃料泵和马达的运行通常由一些类型的闭环反馈系统来控制，其中压力被监控，且基于所测量的压力与期望压力的比较来调整泵的速度。这些类型的闭环反馈控制系统要求压力传感器来监控压力。闭环反馈系统所需的这种压力传感器较昂贵，且给系统增加了部件。

已经做出其它的尝试，以通过使用开环控制系统来控制燃料泵和马达。开环控制系统包括控制映射图，该控制映射图包括各种速度、以及对应每个速度的流率，泵以特定的速度运行以产生正确的流量。燃料泵的开环系统没有提供对压力的测量，该压力被用来与期望的压力进行比较。有几种速度被用于提供不同的流率，且泵的运行被改变以对应于期望的流率。已知的映射的控制系统（例如开环控制系统）在实际压力方面呈现了较高的不确定性，可能没有一直利用全部的潜在节能，因为在某些情况下，高适配压力会不利地影响能量平衡。

因此，存在用于燃料泵的闭环控制系统的需要，所述燃料泵不要求压力传感器，且比开环控制系统更准确。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于速度、压力和电流的特征的燃料泵的闭环控制系统。

本发明的泵系统产生的压力在以下时间点增加：当所述泵系统抵抗空车系统（dead head system）而工作（即，惰行）至校准阀开启至确定的工作点的水平时。通过测量作为速度的函数的特征相电流，所述特征能够在拐点与硬件的预校准值比较，以执行误差补偿算法。

误差补偿由标准压力特征（作为速度和相电流的函数）覆盖，导致更精确的有效压力。

误差补偿使用校准阀的预校准开启压力值（拐点），和/或除此之外速度对初始值（第一校准）或者对由其得到的滑动平均值的改变（短期内受粘度、介质的改变影响，长期受磨损影响）。

本发明的泵系统比预配置映射控制（它具有部件公差累计而导致的完全失效）更精确，且不要求压力传感器。本发明的方法还允许预测由于磨损而引起的长期偏差、以及由于燃料属性改变而引起的实际情况（短期的）。

在一个实施例中，本发明是泵系统，具有马达、用于对泵燃料产生泵送作用的泵，其中所述泵连接至所述马达且由所述马达驱动。所述泵系统还具有与所述马达流体连通的入口导管，允许流体进入所述泵，以及与所述泵流体连通的出口导管，使得流入所述出口导管的流体被所述泵加压。次级导管与所述出口导管流体连通，使得一部分被所述泵加压的流体流入所述次级导管。校准阀与所述次级导管流体连通，且所述校准阀在开启位置和关闭位置之间改变，以限制所述次级导管和所述出口导管内的最大压力。所述出口导管和所述次级导管内的流体的压力基于所述校准阀的位置和应用于所述马达的电流，使得基本恒定的压力被保持。

在一个实施例中，所述马达是三相马达，应用于所述马达的电流是相电流，所述马达的速度基于应用于所述马达的相电流。随着应用于所述三相马达的相电流改变，所述马达的速度改变，且所述泵的输出改变，同时保持基本恒定的压力。

所述泵系统还具有闭环功能，其中所述泵以多个速度运行，且在每个速度测量所述电流。第一变化率基于两个所命令的速度之间的测量到的电流的第一差异，第二变化率基于两个其它所命令的速度之间的测量到的电流的第二差异，且第一变化率大于第二变化率。当所述阀关闭时，所述第一变化率发生，而当所述阀开启时，所述第二变化率发生。

所述泵系统还包括校准功能。第三变化率基于另外两个所命令的速度之间的测量到的电流的第三差异，第四变化率基于又另外两个所命令的速度之间的测量到的电流的第四差异。第三变化率大于第四变化率，当所述阀开启时，所述第三变化率发生，而当所述阀关闭时，所述第四变化率发生。

所述泵可以是不同类型的泵，例如盖劳特泵、叶轮泵等。

从下文提供的详细描述中，本发明的应用性的其他领域将会变得明显。应该理解，详细的描述和特定的实例，虽然简要地说明了本发明的优选实施例，但仅用于阐述的目的，并不用于限制本发明的范围。

附图说明

从详细描述和附图中，将会更基本地理解本发明，其中：

图1是根据本发明的实施例的泵系统的图；

图2是具有根据本发明的泵系统的速度和对应的相电流的第一图表；

图3是具有根据本发明的泵系统的速度和对应的相电流的第二图表；

图4是具有根据本发明的泵系统的速度和对应的相电流的第三图表；

图5是具有根据本发明的泵系统的速度和对应的相电流的第四图表；

图6是具有根据本发明的泵系统的速度和对应的相电流的第五图表。

具体实施方式

优选实施例的以下描述本质上仅仅是实例性的，决不用于限制本发明、其应用或使用。

根据本发明的泵系统的图以10示出。泵系统10包括马达12和产生泵送作用的设备14，例如但不限于盖劳特泵、叶轮泵或者适于产生泵送作用的任何其它机构。马达12与入口导管16流体连通。马达12还通过机械连接18连接至设备14。设备14与出口导管20流体连通，且出口导管20与次级导管22流体连通。与次级导管22流体连通的是内部校准阀（一般以24示出）。泵系统10受控制单元26控制。通过以满足压力要求的方式使用泵系统10（更具体地，马达12）的相电流和/或速度，进入控制单元26的输入信号确定了额定压力。

在运行中，燃料流经入口导管16和马达12，驱动设备14的马达12产生泵送作用，将燃料从入口管道16吸取通过马达12、设备14且流出出口管道20。一部分燃料还流入次级管道22，出口管道20和次级管道22中的流体被允许达到校准阀24所确定的最大值。校准阀24能够在开启位置和关闭位置之间变化。校准阀24保持在关闭位置，直至次级导管22和出口导管20中预定的压力水平被满足。

在这个实施例中，马达是具有三个绕组的三相马达12。马达12的速度是电流的函数，更特别地是相电流的函数。基于发动机运行的不同速度，发动机要求不同的燃料量。马达12的相电流与设备14产生的用于一个专用发动机速度的压力成比例。由于马达12产生的出口导管20和次级导管22中的压力保持恒定，马达12的电流、马达12 的速度以及泵14的流率对应地改变。通过知道至少马达12的相电流，可获得关于压力的信息，通过补偿马达12的速度上的斜率，压力读数更加准确。

参照图2-6，示出了各种图表，表示马达12的相电流和速度与泵4产生的对应压力之间的相关性。参照图2中的第一图表28A、图3中的第二图表28B、以及图4中示出的第三图表28C，基本以30指示的电流（以安培计）沿着Y轴定位，Y轴一般以32示出，一般以34指示的速度（以转每分钟（RPM）计）沿着X轴定位，X轴一般以36示出。还有在图表28A、28B、28C上绘制的几个曲线，每个曲线表示流经系统10的燃料的不同压力。

第一曲线38表示2.0巴的压力，第二曲线40表示3.0巴的压力，第三曲线42表示4.0巴的压力，第四曲线44表示5.0巴的压力，第五曲线46表示6.0巴的压力。为了保持特定的压力水平，速度34和电流30改变，这改变了泵14的输出流率。燃料流出出口导管20，且流至其他燃料系统部件，例如具有一个或多个喷射器50的燃料轨48。

如在图表28A、28B、28C中可以看到的，第一曲线表示2.0巴的压力，随着相电流30增加，马达12的速度也增加。为了保持2.0巴的期望压力，随着速度34增加，且因此马达12的相电流30增加，大量的燃料流经喷射器50，因此流率增加。相反，随着速度34降低，且因此马达的相电流30降低，更少量的燃料流经喷射器50，因此流率降低，以保持2.0巴的期望压力。流率也随着相电压30和速度34的改变而改变，期望的压力被保持，如图表28A、28B、28C中的其他曲线40、42、44、46所指示。

相电流30也是已知的，因为相电流30被测量；马达12的速度34被控制，且保持期望的速度34所需要的相电流30被测量，因此马达12的速度34对应于输入至马达12的所要求的相电流30。由于马达12是三相马达，马达12因此具有三个线圈对，仅需一个线圈对来检测三相电流30。

当泵系统10被组装时，系统10被校准以使用速度34和所测量的相电流30正确地执行功能。参照图5中示出的第四图表28D和图6中示出的第五图表28E，使用马达12的电流30和速度34、以及泵14来产生压力校准曲线52。校准阀24被设计为当次级导管22内的流体压力接近预定值时开启，在这个实施例中是大约6.5巴。一旦达到6.5巴的压力水平，系统10惰行至一水平，使得阀24打开至预定的工作点。

如图5-6所示，校准曲线52具有两个不同的斜率，第一部分54具有第一斜率，第二部分56具有第二斜率。曲线52的第一部分54表示当阀24关闭时马达12和泵14的运行，曲线52的第二部分56表示当阀24开启时马达12和泵14的运行。为了产生曲线52，马达12被命令在各种速度运行，且之后测量在每个速度的相电流30。没有用于测量阀24是否开启或关闭的传感器。

在这个实施例中，如图6所示，当马达12被命令以第一速度运行时，第一速度在这个实施例中是大约1100rpm，测量的电流30是大约4.0安培，且当马达12以大约1500rpm的第二速度运行时，电流30大约是6.1安培。此外，当马达12以大约2500rpm的第三速度运行时，电流30大约是8.9安培，且当马达12以大约3000rpm的第四速度运行时，电流30大约是9.1安培。沿着曲线52的第一部分54，随着速度34从1100rpm的第一速度增加至1500rpm的第二速度，差异为400rpm，电流30增加大约2.1安培（每增加100rpm，变化率为大约0.525安培）。沿着曲线52的第二部分56，随着速度34从2500rpm的第三速度增加至3000rpm的第四速度，差异为500rpm，电流30增加大约0.2安培（每增加100rpm，变化率为大约0.04安培）。

为了沿着曲线52的第一部分54增加速度400rpm，电流增加2.1安培，为了沿着曲线52的第二部分56增加速度500rpm，电流30增加仅0.2安培。与曲线52的第二部分56相比，电流30沿着曲线52的第一部分54以不同的比率增加（随着速度34增加）。因此，曲线52的第一部分54具有每增加100rpm大约0.525安培的第一变化率（电流30对速度34），曲线52的第一部分56具有每增加100rpm大约0.04安培的第二变化率（电流30对速度34）。

此外，随着速度34增加，系统10中的压力增加。但是，压力随着速度34增加的增加受到校准阀24的限制。一旦系统10中的压力达到6.5巴，阀24开启，保持压力在6.5巴，即使随着速度34继续增加；阀24进一步开启，以允许流量增加，且恒定的压力被保持。当阀24关闭时增加马达12的速度34所要求的电流30的改变大于当阀24开启时增加马达12的速度34所要求的电流30的改变。因此，与曲线52的第二部分56（即，第二变化率）相比，沿着曲线52的第一部分54，每单位速度34的增加的单位电流30的增加（即，第一变化率）更大。

校准曲线52上第一部分54结束且第二部分56开始的区域是拐点58。拐点58还表示在运行中校准阀24开启的点。在校准阀24开启后，增加速度34所需的电流30更小，因为阀24进一步开启允许流率的增加，同时保持最大允许的压力，在这个实例中如之前所提及的是6.5巴。沿着曲线52的第二部分56，如果速度34增加，流量增加，电流30也增加。

除了具有闭环功能以外，系统10还包括公差补偿能力或者校准功能。参照图6，为了补偿泵系统10中的公差，当马达12和泵14是新的时候，产生校准曲线52。在系统10的使用寿命期间，第二曲线或者运行曲线60被生成为也具有第一部分62、第二部分64和拐点66。通过命令马达12在特定的速度34运行，生成第二曲线60，然后随着马达12在每个速度34运行，测量相电流30。

为了沿着运行曲线60获得大约4.0安培的电流30的测量量，命令马达12以第五速度运行，第五速度在这个实施例中是大约1200rpm，为了获得大约6.1安培的电流30的测量量，命令马达12以大约1600rmp的第六速度运行。曲线60的第一部分62具有每增加100rpm大约0.525安培的第三变化率（电流30对速度34），这与第一变化率类似。但是，虽然第一变化率和第三变化率基本类似，但是电流30的测量量以不同的速度发生，这是由于磨损、流体粘度的改变或者其他因素，系统10的操作随时间改变的结果。

为了沿着运行曲线60获得大约8.9安培的电流30的测量量，命令马达12以大约2600rpm的第七速度运行，为了获得大约9.1安培的电流30的测量量，命令马达12以大约3100rmp的第八速度运行。曲线60的第二部分64具有每增加100rpm大约0.04安培的第四变化率（电流30对速度34），这与第二变化率类似。但是，虽然第二变化率和第四变化率基本类似，但是电流的测量量以不同的速度发生，这是由于磨损、流体粘度的改变或者其他因素，系统10的操作随时间改变的结果。

在图6中示出了校准曲线52，校准曲线52与运行曲线60不同。校准曲线52表示当系统10是新的时候系统10的运行，运行曲线60表示已经经过一段时间后、且系统10的各部件已经经历一定程度的磨损或者影响系统10运行的其他因素可能已经发生后，系统10的运行。运行曲线60提供了系统10的运行已经如何随时间改变的指示。可基于特定时间间隔，例如每天、每个月或每年，产生新的运行曲线60，或者在特定的情况下产生新的运行曲线60，例如一旦交通工具启动，当有显著的温度改变时，等等。运行曲线60提供不同的运行功能至泵系统10。这允许系统10不仅提供闭环功能，还提供公差和系统10的功能随时间变化的补偿。

在替代性的实施例中，还可能使泵系统10运行，而不使用校准阀24。马达12的相电流和/或速度被使用，使得压力要求被满足。

本发明的描述在本质上仅仅是实例性的，因此不脱离本发明的主旨的变化意在落在本发明范围内。这样的变化不会被视为脱离本发明的精神和范围。

Claims (19)

1.一种具有闭环功能的泵系统，其包括：

马达；

用于产生泵送作用以传输流体的设备，所述设备连接至所述马达且由所述马达提供动力；以及

阀，其与所述设备流体连通；

其中所述设备在选定压力处传输所述流体，且所述选定压力基于应用到所述马达的测量到的电流，且当所述设备在预定压力处泵送所述流体时，所述阀开启，从而提供校准功能，

其中在传输所述流体期间，所述阀保持在关闭位置，直到所述设备中的所述预定压力被满足，并且

所述闭环功能还包括：

多个速度，所述马达被命令以所述多个速度运行，且在所述多个速度中的每一个处测量所述电流；

第一变化率，其基于所述多个速度中的两个速度之间的测量到的电流的第一差异；

第二变化率，其基于所述多个速度中的另外两个速度的测量到的电流的第二差异；

其中所述第一变化率大于所述第二变化率。

2.根据权利要求1所述的泵系统，还包括：

入口导管，其与所述马达流体连通，使得随着所述马达为所述设备提供动力，所述流体从所述入口导管传输到所述设备；

出口导管，其与所述设备流体连通，使得流入所述出口导管的流体被所述设备加压，且所述出口导管中的所述流体的压力被所述设备控制；以及

次级导管，其与所述出口导管流体连通；

其中所述次级导管中的流体部分处于与所述出口导管中的流体部分基本相同的压力处。

3.根据权利要求1所述的泵系统，其中当所述阀关闭时，所述第一变化率发生，而当所述阀开启时，所述第二变化率发生。

4.根据权利要求1所述的泵系统，所述校准功能还包括：

第三变化率，其基于所述多个速度中的两个速度之间的测量到的电流的第三差异；

第四变化率，其基于所述多个速度中的另外两个速度之间的测量到的电流的第四差异；

其中所述第三变化率大于所述第二变化率，且当所述阀开启时，所述第三变化率发生，而当所述阀关闭时，所述第四变化率发生。

5.根据权利要求1所述的泵系统，所述马达还包括三相马达，且应用于所述马达的所述电流是相电流。

6.根据权利要求5所述的泵系统，其中所述马达的速度基于应用于所述马达的所述相电流。

7.根据权利要求1所述的泵系统，其中用于产生泵送作用的所述设备是盖劳特泵。

8.根据权利要求1所述的泵系统，其中用于产生泵送作用的所述设备是叶轮泵。

9.一种泵系统，包括：

马达；

用于产生泵送作用的设备，所述设备连接至所述马达且由所述马达驱动；

入口导管，其与所述马达流体连通，从而允许流体传递到所述设备内，

出口导管，其与所述设备流体连通，使得流入所述出口导管的流体被所述设备加压；

次级导管，其与所述出口导管流体连通，使得被所述设备加压的流体的一部分流入所述次级导管；以及

阀，其与所述次级导管流体连通，所述阀在开启位置和关闭位置之间改变，以限制所述次级导管和出口导管内的最大压力；

其中所述出口导管和所述次级导管内的流体的压力基于所述阀的位置和应用于所述马达的电流，从而保持基本恒定的压力，

其中在传输所述流体期间，所述阀保持在关闭位置，直到所述设备中的预定压力被满足，并且

其中所述系统还包括闭环功能，所述闭环功能还包括：

多个速度，所述马达被命令以所述多个速度运行，且在所述多个速度中的每一个处测量所述电流；

第一变化率，其基于所述多个速度中的第一速度和第二速度之间的测量到的电流的第一差异；

第二变化率，其基于所述多个速度中的第三速度和第四速度之间的测量到的电流的第二差异；

其中所述第一变化率大于所述第二变化率。

10.根据权利要求9所述的泵系统，所述马达还包括三相马达，应用于所述马达的电流是相电流，其中所述马达的速度基于应用于所述马达的所述相电流。

11.根据权利要求10所述的泵系统，其中随着应用于所述三相马达的所述相电流改变，所述马达的速度改变，且所述泵的输出改变，同时保持基本恒定的压力。

12.根据权利要求9所述的泵系统，其中当所述阀关闭时，所述第一变化率发生，而当所述阀开启时，所述第二变化率发生。

13.根据权利要求9所述的泵系统，还包括校准功能。

14.根据权利要求13所述的泵系统，所述校准功能还包括：

第三变化率，其基于所述多个速度中的第五速度和第六速度之间的测量到的电流的第三差异；

第四变化率，其基于所述多个速度中的第七速度和第八速度之间的测量到的电流的第四差异；

其中所述第三变化率大于所述第二变化率，且当所述阀开启时，所述第一变化率发生，而当所述阀关闭时，所述第二变化率发生。

15.根据权利要求9所述的泵系统，其中用于产生泵送作用的所述设备是选自由盖劳特泵、叶轮泵和叶片泵构成的组的设备。

16.一种提供泵的相电流控制的方法，包括以下步骤：

提供马达；

提供用于产生泵送作用以泵送流体的设备，所述设备连接至所述马达；

提供与所述设备流体连通的阀；

提供电流输入至所述马达；

将所述阀开启预定的量；

当所述阀开启时，测量所述马达的速度，所述马达的速度作为输入至所述马达的所述电流的函数，以基于所命令的速度的改变来确定至少一个电流变化率；以及

将所述至少一个电流变化率与期望电流变化率进行比较，以实现校准压力，

其中所述方法还包括以下步骤：

命令所述马达以多个速度运行；以及

在所述多个速度中的每一个处测量所述电流，并且

其中所述方法还包括以下步骤：

基于所述多个速度中的两个速度之间的测量到的电流的第一差异，提供第一变化率；

基于所述多个速度中的另外两个速度之间的测量到的电流的第二差异，提供第二变化率；以及

当所述阀关闭时，提供所述第一变化率以使其发生，而当所述阀开启时，提供所述第二变化率以使其发生，使得所述第二变化率小于所述第一变化率。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括以下步骤：当所述设备在预定压力处泵送所述流体时，校准所述阀以使其开启。

18.根据权利要求16所述的方法，还包括以下步骤：

基于所述多个速度中的另外两个速度之间的测量到的电流的第三差异，提供第三变化率；

基于所述多个速度中的另外两个速度之间的测量到的电流的第四差异，提供第四变化率；以及

当所述阀关闭时，提供所述第三变化率以使其发生，而当所述阀开启时，提供所述第四变化率以使其发生，使得所述第四变化率小于所述第三变化率。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括以下步骤：

当所述阀关闭时，将所述第一变化率与所述第三变化率比较，以校准所述设备的运行；以及

当所述阀开启时，将所述第二变化率与所述第四变化率比较，以校准所述设备的运行。